fuj, Волновод

иф.д

мл fp

Модулирующий сигнал

Рис. 21-5. Дискриминатор модуляционного типа.

о - функциональная схема; б - диаграмма, иллюстрирующая работу. При изменении знака расстройки меняется фаза напряжения ва детекторе и полярность выходного напряжения.

Частотный днскрнмннатсф модуляционного типа (рис. 21-5) используется главным образом в дискриминаторах сантиметрового диапазона, что обусловлено наличием контуров с высокой добротностью (объемных резонаторов).

Мембрана М, входящая в состав объемного резонатора ОР высокой добротности, связанного с клистроном Кл, периодически с помощью генератора Г (с частотой Q) меняет его настройку f. В результате этого на слабо связанный с резонатором детектор Д поступают колебания, модулированные по амплитуде.

Фаза первой гармоники этих колебаний определяется знаком расстройки Д/ = /кл - /р частоты клистрона /кл и резонансной частоты, а амплитуда - величиной этой расстройки.

Выходное напряжение фазового детектора ФД в некоторых пределах пропорционально расстройке Д/,

Крутизна характеристики пропорциональна добротности нагруженного резонатора Q и зависит от амплитуды изменения собственной частоты резонатора Д/р, вызванной модуляцией. Максимум /Сд достигается при

где Q обычно имеет порядок (8 10) 10з.

Практически крутизна характеристики имеет порядок нескольких десятков вольт на мегагерц.

Дискриминаторы с использованием эталонного генератса

Дискриминатор нулевых биений (рис. 21-6). На дискриминатор поступают колебания эталонного и подстраиваемого (стабилизируемого) генератора f. г- Дискриминатор реагирует на разность частот /с -г и /дт так, что выходное напряжение равно нулю при Д.. г - /эт- Стабильность характеристики дискриминатора определяется стабильностью частоты эталонного генератора.

Выходные напряжения двух смесителей равны по частоте, ио отличаются по фазе на угол ±я/2, причем при перемене знака расстройки разность фаз этих колебаний меняется на угол я.

В результате дифференцирования ограниченных в триггере Тр колебаний возникают две серии разнополяр-ных импульсов. После ограничения в диодных цепях Д, и Де на вход усредняющей счетной схемы поступают импульсы положительной полярности с частотой Д/ = = fc. г - /эт- на один вход при расстройке одного, а на другой - при расстройке другого знака.

Чтобы сделать работу дискриминатора не зависящей от амплитуды сигналов генераторов, на выходе второго смесителя (точка 2 на рис. 21-6, с) устанавливается двусторонний ограничитель, преобразующий синусоидальные колебания в прямоугольные (с постоянной амплитудой).

Выходное напряжение в некоторых пределах пропорционально величине Af. Крутизна характеристики пропорциональна амплитуде импульсов в точках 7 и 8; ока зависит от параметров усредняющей цепи и может достигать нескольких десятков вольт на килогерц.

Апериодические дискриминаторы. Переходная частота дискриминатора fg на некоторую постоянную величину отличается от fj и опре-

Усредняющая схема

Рис. 21-6. Дискриминатор нулевых биений.

с - функциональная схема; в усредняющей схеме Q = С, < С. Постоянная времени RC имеет величину десятых долей секунды; [/ - (запирающие напряжения) несколько больше максимального выходного напряжения; б - диаграммы напряжений в различных точках (/ - g) схемы (предполагается, что перед точками 7 и 8 имеются цепи, формирующие импульсы прямоугольной формы). Порядок величины: /? = 50-4- 100кол; Сд = 50 пф; R = 0,5 Мом: С = 10 50мкф:С, == 30 ЬЧпф.

деляется частотными свойствами апериодических цепей, следующих за двумя смесителями. Стабильность их работы определяется не/дт, а стабильностью частотных характеристик апериодических цепей.

Фазовые детекторы

Назначение - преобразование двух входных синусоидальных колебаний с целью выделения напряжения, зависящего от разности фаз этих колебаний.

Входные колебания:

1 (О = f/mi Sin [4>t + <f ( )] ; 2 (О = U,n sin co .

Одно из этих напряжений (например, ыг), относительно которого отсчитывается фаза колебаний, принимается за опорное.

Выходное напряжение

вых =Я t (ф),

где К - коэффициент, зависящий от амплитуд входных колебаний и параметров схемы; (ф) - периодическая функция фазы, чаще всего

косинусоидальная [гр (ф) = cos ф]. Фазовые детекторы делятся иа векторомерные и коммутаторные.

Векторомерные ФД. Действие их основано на преобразовании векторных сумм входного и опорного сигналов амплитудными детекторами. Наибольшее распространение получили балансный и кольцевой ФД.

\1го° 780°

Балансный фазовый детектор.

а - схема;

б - характеристики при

(1 - при и

равенства

(О

вых = У VI, + Ul + 2V, cos ф -

- + m2 + 2f/ , Um2 COS ф

здесь Кр, - коэффициент детектирования,

где i?BH - внутреннее сопротивление проводящего диода и сопротивление источников (порядка 200- 500 ом).

Если одно из напряжений много больше другого (например, (/ г f/mi). то

Балансный ФД (рис. 21-7, с) состоит из трансформаторов Tpi иТр2И амплитудных детекторов и Дг. Постоянная времени нагрузочной цепн детекторов выби-

рается из условия RC > (достаточно выполнения

При линейном детектировании, когда Umi и {/щг не очень малы, выходное напряжение

2Кр,и,п1 cos ф (Q.

Эта зависимость имеет вид косинусоиды (характеристика 1 на рис. 21-7, б).

Выходное напряжение максимально и равно 2KpUmi 1,9-f-1,95 (/mj при ф=0, ±2я . . . и равно, нулю при Ф = ± я, ± Зя, . . .

В случае

Vmi = Um2 = Um

на участке О - я

вых =

2-Г2/<д{;С05(-5-+ф)

Эта зависимость представляет кривую, близко напоминающую симметричную пилу (характеристика 2 на рис 21-7, б).

При квадратичном детектировании (случай малых амплитуд)

вых KpUmiUmi COS ф (О,

где /Сд - коэффициент передачи квадратичного амплитудного детектора. Кольцевой ФД (рис. 21-8) отличается от балансного наличием диагональных диодов Дг и Д4. Зави

Рис. 21-8. Кольцевой фазовый детектор.

симость выходного напряжения от фазы имеет вид, близкий к косинусоиде; однако величина выходного напряжения такого ФД при прочих равных условиях приблизительно в 2 раза меньше, чем для балансного ФД.

Коммутатсфные ФД. Действие их основано на периодическом изменении проводимости определенных участков цепн в такт с опорным сигналом. Наибольшее распространение получила схема с симметричным входом (рис. 21-9).,.

CZH-CZD

с фс

п г

р-опориое

* - Фаза ф (/) - медленно меняющаяся функция времени.

Рис. 21-9. Коммутаторный фазовый детектор с симметричным входом.

Опорный сигнал - колебание прямоугольной формы амплитуды 75-150 е - подается на оба анода ламп в фазе. Входной сигнал подается на сетки ламп в противофазе. Постоянная времени нагрузочной цепи выбирается из условия RC > -~- например, R = Обычно сопротивление R имеет величину 1-3 ком. Для обеспечения работы ламп на линейных участках характеристики на сетки подается дополнительное положительное смещение порядка 10-20 в. Выходное напряжение

вследствие чего реактивное сопротивление также меняется иа величину:

f/вых -

SuRyVjn

cosq),

где

R. 2Ri

S -й Ri - крутизна характеристики и внутреннее сопротивление лампы в рабочей точке; Um - амплитуда напряжения на сетке лампы. Схемы ФД всех типов обладают инерционностью, обусловленной наличием усредняющего фильтра, RC. Инерционность кольцевого детектора несколько ниже инерционности ФД остальных типов.

Управители частоты

Электронные управители. Наиболее распространенным управляющим элементом является лампа реактивного сопротивления, эквивалентная емкости илн индуктивности, подключаемая к контуру генератора. Величина реактивности зависит от крутизны характеристики лампы и, следовательно, определяется смещением на ее сетке. Последнее изменяется в соответствии с величиной управляющего напряжения, поступающего с дискриминатора (через фильтр).

Основная характеристика управителя - зависимость частоты генерации / (или отклонения частоты Д/) от управляющего напряжения Ыу (или его изменения Диу):

/ = -ф,( у); Д/ = Фх(Л у)-

Крутизна характеристики (в килогерцах на вольт) иа прямолинейном ее участке

Для лампы эквивалентной реактивности необходимо, чтобы р, было велико н фазовый сдвиг между напряжением иа аноде и током лампы был близок к л/2. Последнее достигается установкой фазосдвигающей цепи RC (или RL) так, что напряжение, поступающее на сетку лампы, отличается по фазе от напряжения на контуре на угол, близкий к л/2 (рис. 21-10).

Эквивалентная емкость или индуктивность лампы равны:

Сз = С/?5=--5;

CR L S - RS

Для работы в системе АПЧ необходимо, чтобы при воздействии управляющего напряжения менялась крутизна S,

AZ. =--7г- и.

Лампа может работать в режиме колебаний 1-го рода (без отсечки) или колебаний 2-го рода.

Рис. 21-11). Лампа реактивного сопротинления. а - схемы для эквивалентной емкости и индуктивности Lg (Л и £ - точки подключения к контуру автогенератора); б - векторные диаграммы. Номера диаграмм соответствуют номерам схем; - амплитуда колебаний анодного тока лампы. Схемы / и 3 - эквивалентная емкость; 2 а 4 - эквивалентная индуктивность.

В первом случае начальное смещение выбирается равным половине рабочего участка изменения S, а амплитуда колебаний на сетке лампы должна быть значительно меньще протяженности этого участка. Максимальное изменение крутизны

л с макс . .

Во втором случае амплитуда колебаний на сетке должна быть близкой к половине напряжения запирания лампы, а начальное смещение должно обеспечивать угол отсечки л/2.

Пример. Лампа имеет: 5 = 7 ма!е; 5макс = 9 ма1е; *мин = 6 ма1в (при Дыд = 5 е) и соединяется по схеме 1